面向多IRS辅助的NOMA-SWIPT协作传输模型的联合波束成形与功率分配

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作者 葛孟佳 戴景 +2 位作者 李昱辰 潘莉丽 景小荣 《计算机应用》 北大核心 2025年第11期3682-3691,共10页

面对第五代(5G)移动物联网(IoT)快速发展所引起的频谱资源短缺、盲区覆盖及供能不足等挑战,融合智能反射表面(IRS)、无线携能通信(SWIPT)及非正交多址接入(NOMA)技术,提出一种多IRS辅助NOMA-SWIPT协作传输模型;并以此模型为基础,以最大... 面对第五代(5G)移动物联网(IoT)快速发展所引起的频谱资源短缺、盲区覆盖及供能不足等挑战,融合智能反射表面(IRS)、无线携能通信(SWIPT)及非正交多址接入(NOMA)技术,提出一种多IRS辅助NOMA-SWIPT协作传输模型;并以此模型为基础,以最大化系统和速率为目标,构建一非凸优化问题,进而提出一种基于两阶段的联合波束成形(包括基站主动波束成形和IRS被动波束成形)和功率分配优化算法对此问题进行求解。在求解过程中,为了对待优化变量进行解耦,首先利用流行的优化方法对协作传输阶段的被动波束成形进行求解,其次利用块坐标下降(BCD)算法通过交替迭代将非凸问题拆解为4个子问题,进而利用二次变化、连续凸逼近(SCA)等方法求解这些子问题。仿真结果表明,与无SWIPT的方案和正交频分复用(OMA)等方案相比,所提协作传输模型及其优化算法的系统和速率分别提升约0.5 bit·s^(-1)·Hz^(-1)和1.5 bit·s^(-1)·Hz^(-1),而且具有更稳健的收敛特性。 展开更多

关键词 智能反射表面 非正交多址 无线携能通信 块坐标下降 连续凸逼近

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信息收集中无人机节能轨迹设计与资源优化

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作者 郭少雄 宋志群 +2 位作者 李勇 刘丽哲 王斌 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期48-55,共8页

为优化无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)中无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助信息收集系统的能量消耗,在综合考虑无人机飞行能耗和传感器节点上行数据传输能耗的基础上,提出了一种考虑链路间干扰的无人机轨迹和传... 为优化无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)中无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助信息收集系统的能量消耗,在综合考虑无人机飞行能耗和传感器节点上行数据传输能耗的基础上,提出了一种考虑链路间干扰的无人机轨迹和传感器功率分配联合优化算法。首先,基于实际约束构建了系统能耗最小化问题模型;然后,针对多约束优化问题的非凸性特征,采用块坐标下降法(block coordinate descent,BCD)将系统能耗最小化问题分解为固定无人机轨迹下的功率分配和固定功率分配下的无人机轨迹优化两个子问题,根据子问题的数学特征,采用凸近似法将非凸问题转化成可以求解的近似凸优化问题,通过对两个子问题的交替迭代优化,得到原非凸问题的近似次优解;最后,通过仿真实验验证了所提算法的可行性和有效性。结果表明:所提算法最大可使系统能量消耗降低22%,明显优于对比算法;且随着传感器节点数量的增加,所提算法的优势更加明显。研究结果为WSN中的信息收集提供了一种系统能耗优化思路,即在有限提高无人机飞行能耗的基础上,有效降低系统的能量消耗。 展开更多

关键词 无线通信 无线传感器网络 无人机 信息收集 轨迹设计 块坐标下降 节能

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基于分块坐标下降思想的并行无功优化分解协调算法 被引量：5

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作者 李智 杨洪耕 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期178-182,共5页

针对无功优化分解协调模型求解中增广拉格朗日函数的不可分问题,提出了基于分块坐标下降(block coordinatedescent,BCD)思想的并行分解协调计算方法。该方法可实现全网无功优化的分解协调计算,仅需要在相邻分区之间交换边界节点的功率... 针对无功优化分解协调模型求解中增广拉格朗日函数的不可分问题,提出了基于分块坐标下降(block coordinatedescent,BCD)思想的并行分解协调计算方法。该方法可实现全网无功优化的分解协调计算,仅需要在相邻分区之间交换边界节点的功率和电压用于协调,解决了大规模电网集中式无功优化存在的计算速度慢和数据传输瓶颈问题;而且各控制中心可自主选择优化算法,实现了自律分散与协调控制的结合。算例结果表明,该算法可以大大减少全网无功优化的计算时间,并且与基于辅助问题原理的分解协调算法相比,其收敛速度更快、计算效率更高。 展开更多

关键词 无功优化 分解协调 增广拉格朗日 分块坐标下降 辅助问题原理

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两相图像变分分割凸松弛模型快速算法 被引量：1

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作者 江成顺 汪先超 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期1086-1096,共11页

主要研究两相图像分割凸模型的三类快速数值算法.首先,分别针对无约束和有约束的图像分割凸模型分别提出相应的具有O(1/k)阶收敛速率的梯度投影算法,并结合快速迭代收缩算法的加速收敛策略,将所提出的梯度投影算法的收敛速率从O(1/k)阶... 主要研究两相图像分割凸模型的三类快速数值算法.首先,分别针对无约束和有约束的图像分割凸模型分别提出相应的具有O(1/k)阶收敛速率的梯度投影算法,并结合快速迭代收缩算法的加速收敛策略,将所提出的梯度投影算法的收敛速率从O(1/k)阶提高到O(1/k2)阶;其次,基于分块协调下降的思想,对无约束的图像分割凸模型采用Newton法求解,该算法不仅是单调下降的,而且具有二阶收敛性;然后,根据交互式迭代算法的思想,在约束模型的Fenchel原始-对偶形式的基础上,提出了一种通过原始变量和对偶变量交互式混合迭代求解的算法,所提出的算法在求解过程中避免了梯度算子和散度算子作用于未知变量,使得迭代形式更简单;最后,仿真实验表明了这3类算法的有效性和在收敛速率上的优势. 展开更多

关键词 图像分割 凸松弛模型 梯度投影算法 分块协调下降 原始-对偶

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多层局部块坐标下降法及其驱动的分类重构网络 被引量：2

5

作者 王金甲 张玉珍 +1 位作者 夏静 王凤嫔 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期2647-2661,共15页

卷积稀疏编码(Convolutional sparse coding,CSC)已广泛应用于信号或图像处理、重构和分类等任务中,基于深度学习思想的多层卷积稀疏编码(Multi-layer convolutional sparse coding,ML-CSC)模型的多层基追踪(Multi-layer basic pursuit,... 卷积稀疏编码(Convolutional sparse coding,CSC)已广泛应用于信号或图像处理、重构和分类等任务中,基于深度学习思想的多层卷积稀疏编码(Multi-layer convolutional sparse coding,ML-CSC)模型的多层基追踪(Multi-layer basic pursuit,ML-BP)问题和多层字典学习问题成为研究热点.但基于傅里叶域的交替方向乘子法(Alternating direction multiplier method,ADMM)求解器和基于图像块(Patch)空间域思想的传统基追踪算法不能容易地扩展到多层情况.在切片(Slice)局部处理思想的基础上,本文提出了一种新的多层基追踪算法:多层局部块坐标下降(Multi-layer local block coordinate descent,ML-LoBCoD)算法.在多层迭代软阈值算法(Multi-layer iterative soft threshold algorithm,ML-ISTA)和对应的迭代展开网络ML-ISTA-Net的启发下,提出了对应的迭代展开网络ML-LoBCoD-Net.ML-LoBCoD-Net实现信号的表征学习功能,输出的最深层卷积稀疏编码用于分类.此外,为了获得更好的信号重构,本文提出了一种新的多层切片卷积重构网络(Multi-layer slice convolutional reconstruction network,ML-SCRN),ML-SCRN实现从信号稀疏编码到信号重构.我们对这两个网络分别进行实验验证.然后将ML-LoBCoD-Net和ML-SCRN进行级联得到ML-LoBCoD-SCRN合并网,同时实现图像的分类和重构.与传统基于全连接层对图像进行重建的方法相比,本文提出的ML-LoBCoD-SCRN合并网所需参数少,收敛速度快,重构精度高.本文将ML-ISTA和多层快速迭代软阈值算法(Multilayer fast iterative soft threshold algorithm,ML-FISTA)构建为ML-ISTA-SCRN和ML-FISTA-SCRN进行对比实验,初步证明了所提出的ML-LoBCoD-SCRN分类重构网在MNIST、CIFAR10和CIFAR100数据集上是有效的,分类准确率、损失函数和信号重构结果都优于ML-ISTA-SCRN和ML-FISTA-SCRN. 展开更多

关键词 多层卷积稀疏编码 多层基追踪 多层局部块坐标下降法 分类 重构

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考虑硬件损耗的智能反射面辅助无线携能通信系统

6

作者 何春龙 王新龙 +1 位作者 李兴泉 钱恭斌 《深圳大学学报（理工版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期22-32,共11页

为验证收发器硬件损耗对通信系统性能的影响,在考虑收发器硬件损耗的情况下,对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统的鲁棒性传输设计进行... 为验证收发器硬件损耗对通信系统性能的影响,在考虑收发器硬件损耗的情况下,对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统的鲁棒性传输设计进行研究.在考虑基站的最大发射功率、能量收集器的最小接收能量和IRS无源波束成形的约束下,将优化目标设为最大化所有信息接收者的加权和速率,并使用块坐标下降(block coordinate descent,BCD)算法将优化问题分解成多个优化子问题,交替优化.对于基站有源波束成形和IRS无源波束成形的优化问题,分别采用拉格朗日对偶方法和最优化最大化(majorization minimization,MM)算法来解决.仿真结果验证了收发器硬件损耗对系统性能的影响,也证实了信息接收端的硬件损耗要比基站发射端的硬件损耗对系统造成的性能下降更明显. 展开更多

关键词 无线通信技术 携能通信 硬件损耗 智能反射面 多输入多输出 块坐标下降算法

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多无人机辅助通信中用户匹配与频谱资源联合优化方法 被引量：9

7

作者 吴迪 钱鹏智 陈勇 《电讯技术》 北大核心 2023年第11期1742-1749,共8页

针对多无人机作为空中基站为地面设备提供临时服务的动态频谱分配问题,主要考虑无人机与地面用户匹配、子信道分配和功率分配三个方面。为了保证用户通信的公平性,在考虑频谱复用和共信道干扰的情况下,以最大化地面用户最小传输速率为目... 针对多无人机作为空中基站为地面设备提供临时服务的动态频谱分配问题,主要考虑无人机与地面用户匹配、子信道分配和功率分配三个方面。为了保证用户通信的公平性,在考虑频谱复用和共信道干扰的情况下,以最大化地面用户最小传输速率为目标,提出了一种用户匹配与频谱资源联合优化算法来解决上述混合整数非线性优化问题,通过聚类算法优化无人机与地面用户的最佳匹配,通过块坐标下降法迭代优化子信道分配和功率分配。仿真实验分析表明,提出的求解方法可以有效提升用户的传输速率,保证用户通信公平性。 展开更多

关键词 多无人机辅助通信 动态频谱分配 用户匹配 联合优化 聚类算法 块坐标下降(bcd)法

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智能反射面辅助的无线网络加权和速率优化设计 被引量：2

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作者 牛和昊 林志 +2 位作者 王勇 王磊 赵青松 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期56-63,共8页

针对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线网络传输设计的目标是通过联合设计基站处的发送波束形成向量和IRS的反射系数,在满足基站发射功率和IRS单位模约束的条件下,使多个地面用户的加权和速率最大化。为了求解... 针对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线网络传输设计的目标是通过联合设计基站处的发送波束形成向量和IRS的反射系数,在满足基站发射功率和IRS单位模约束的条件下,使多个地面用户的加权和速率最大化。为了求解非凸的目标函数,提出一种交替优化方法,其中采用黎曼流形梯度(Riemannian manifold gradient,RMG)方法来优化反射系数,使用二分搜索法优化发送波束形成向量。此外,为了降低RMG方法的复杂度,设计了一种智能元素块坐标下降方法。仿真结果验证了所提算法的有效性,并且表明通过优化设计反射系数,IRS可显著提高无线网络的频谱效率。 展开更多

关键词 智能反射面 加权和速率优化 黎曼流形梯度算法 智能元素块坐标下降方法

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基于块坐标下降法的有砟轨道大机捣固维修经济决策模型及算法 被引量：5

9

作者 曲建军 郭战伟 +1 位作者 杨飞 徐菲 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期32-41,共10页

为了更好地利用检修数据指导轨道维修决策计划,在预防性维修理念下提出1种基于块坐标下降法的有砟轨道大机捣固维修经济决策模型及算法。考虑多种捣固模式下不同的捣固效果和相应成本,以轨道质量年末保持值和维修经济成本为决策目标,结... 为了更好地利用检修数据指导轨道维修决策计划,在预防性维修理念下提出1种基于块坐标下降法的有砟轨道大机捣固维修经济决策模型及算法。考虑多种捣固模式下不同的捣固效果和相应成本,以轨道质量年末保持值和维修经济成本为决策目标,结合大机养修效率和现场实际条件,建立大机捣固维修经济决策模型;采用块坐标下降算法,以并行计算为主要思路并通过聚类算法调整捣固区段的连续性,实现最佳捣固模式、捣固时机和捣固区段的高效求解。依托某120 km·h~(-1)、50 km试验区段在某年份的实测数据,验证模型及算法有效性。结果表明:依据模型及算法得出的维修计划,采用09-32型捣固车开展单捣、双捣2种捣固模式后,每年可较实际平推捣固计划分别节省18%和15%的费用,改良型大机捣固质量指数MTQI的年末平均值从实际平推捣固计划的6.5 mm分别降低约0.80和1.35 mm;模型及算法能够快捷有效地制定符合线路实际的大机捣固维修计划,不仅实现了大机作业的连续捣固,还较大幅度提升了捣固维修的经济性。 展开更多

关键词 有砟轨道 预防性维修 大机捣固 经济决策 块坐标下降法

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交替方向块稀疏信号快速重构算法

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作者 康凯 王粒宾 钟子发 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2014年第2期61-67,共7页

研究模型压缩感知中的块稀疏信号重构问题.在l2/l1模型基础上,提出一种基于交替方向法的块稀疏信号重构算法.在该算法中,首先对目标函数进行变量分裂,然后利用交替方向法对各变量进行交替更新,直至满足收敛条件.仿真实验中,将该算法与... 研究模型压缩感知中的块稀疏信号重构问题.在l2/l1模型基础上,提出一种基于交替方向法的块稀疏信号重构算法.在该算法中,首先对目标函数进行变量分裂,然后利用交替方向法对各变量进行交替更新,直至满足收敛条件.仿真实验中,将该算法与块正交匹配追踪和块压缩采样匹配追踪算法进行比较,结果表明该算法能够在保持高重构精度的前提下获得更快的计算速度. 展开更多

关键词 块稀疏信号重构 交替方向法 块坐标下降法 算法分析

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基于块坐标下降法的外存异步图计算系统

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作者 赵程 张志斌 +1 位作者 郭嘉丰 刘丁玮 《高技术通讯》 CAS 2022年第8期825-835,共11页

现有外存图计算系统中,外存I/O带宽不足成为性能瓶颈。使用整体并行模型将导致冗余计算,使用异步并行模型则将引入额外的优先级计算开销和负载不均衡。本文提出了基于块坐标下降法(BCD)的外存异步图计算系统(BCDG),设计了一次选择多轮... 现有外存图计算系统中,外存I/O带宽不足成为性能瓶颈。使用整体并行模型将导致冗余计算,使用异步并行模型则将引入额外的优先级计算开销和负载不均衡。本文提出了基于块坐标下降法(BCD)的外存异步图计算系统(BCDG),设计了一次选择多轮优先的调度策略,降低了优先级计算的平均开销;设计了基于优先级的块预取策略,解决了优先选择会破坏顺序执行流水线的问题;设计了计算调度分离的划分策略,实现了均衡地按边计算和按点调度。实验结果表明,相较于目前最先进的外存图计算系统GridGraph和Lumos,所提系统平均性能分别提升10.30倍与8.72倍。整体计算过程中,中央处理器(CPU)等待外存I/O的时间仅占10%~30%。 展开更多

关键词 图计算系统 外存 异步并行计算 块坐标下降(bcd) 图划分

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